Просто инкам край как понадобилось додуматься до сейсмостойкой архитектуры

Насыщенного славными делами дня вам, уважаемые читатели!

Находка статьи об изменении инками кладки после землетрясения 1450 года вызвала стремление узнать побольше, и вот, во что это всё вылилось...

В Перу зарегистрированы сильные землетрясения, возникающие как вдоль крупной зоны субдукции в море (способной вызывать землетрясения магнитудой 8 и выше), так и на активных разломах земной коры вдоль Андской Кордильеры. Однако из-за короткого исторического каталога землетрясений (< 500 лет) знания учёных об исторической и современной сейсмической опасности в Мачу-Пикчу ограничены. Для разширения этих знаний (и каталога) учёные, представляющие несколько наук, сообща занимаются изучением землетрясений давних времён и связанными с ними изменениями в сооружениях, появившимися как опыт реагирования строителей на столь серьёзные факторы.

Зона субдукции - линейная зона на границе литосферных плит, вдоль которой происходит погружение одних блоков земной коры под другие.

Выяснилось, что сооружения на территории Мачу-Пикчу пострадали во время их строительства, по меньшей мере, от двух землетрясений. Эти события не только повредили стены, но и вызвали внезапные изменения в технике строительства.

Сломанные (в результате "макания" друг в друга) углы в Храме Солнца. Автор фотографии: Мигель Анхель Родригес-Паскуа

Но, начну с обозначения серьёзности проблемы.

За свою долгую историю город Куско несколько раз подвергался разрушительным землетрясениям. Во времена инков сильное землетрясение разрушило некоторые части города, затем испанские захватчики задокументировали землетрясение, произошедшее в 1650 году. Триста лет спустя, в 1950 году, землетрясение превратило в руины большую часть современного Куско, а в 1986 году аналогичное событие магнитудой 6.1 также привело к новым разрушениям в городе.

15 августа 2007 года сильное землетрясение магнитудой 8,0 ± 0,1 случилось в прибрежном районе Центрального Перу, что привело к значительным человеческим жертвам и потерям средств к существованию. Землетрясение было приписано высокоактивному източнику, возникшему в результате субдукции океанической плиты Наска под Южноамериканской континентальной плитой. Механизм землетрясения был сложным и состоял из двух толчков с разницей в ~60 секунд, сопровождавшихся крупными разрывами.

Последствия землетрясения 2007 года в Писко

В результате землетрясения погибло около 600 человек, несколько сотен получили ранения, было разрушено более 50 000 зданий, более 20 000 было повреждено. В прибрежных зонах наблюдалось обширное разжижение почвы и крупные оползни. Здесь дома, инженерные и коммуникационные сети получили значительные повреждения из-за большой постоянной деформации грунта. В целом, влияние изменений грунта и геотехнические последствия были главной особенностью этого землетрясения. Эти факторы привели к значительным повреждениям фундаментов, подповерхностных и наземных сооружений.

До последнего времени слишком часто оценка сейсмической опасности в Андах ограничивалась зоной субдукции. Хотя верно, что самые мощные землетрясения, затронувшие Тихоокеанскую окраину, на Альтиплано  оказали незначительное влияние, однако из-за наличия активных сегментов разломов в густонаселённых районах высокогорья, эта область демонстрирует сочетание сильной сейсмической опасности и высокой уязвимости. Тем не менее, в отличие от прибрежного региона, где устойчивость сооружений всё больше учитывается при строительстве, чему поспособствовало и сильное землетрясение в Писко, в Высокогорье по-прежнему сейсмический риск в значительной степени игнорируется.

Тамбомачай является нормальным разломом протяжённостью 20 км, простирается на 120 ° восточной долготы и ограничивает бассейн, заполненный озёрными и речными отложениями четвертичного периода. Учитывая его 5-километровое расстояние до Куско (исторической и археологической достопримечательности инков), он представляет собой серьёзную сейсмическую опасность для более чем 350 000 жителей. С исторических времён разлом Тамбомачай, а также другие вторичные разломы были източником значительной сейсмической активности, наиболее разрушительными из которых были землетрясения в Куско 1650, 1950 г. и совсем недавнее в апреле 1986 г. (M 5.8)

Активные системы разломов в окрестностях Мачу-Пикчу

В этом регионе существует множество разломов. Связанные друг с другом, они образуют системы. Например, система разломов Куско состоит из шести основных разломов: Зурит, Тамборай, Корикоча, Тамбомачай, Пачатусан и Уркос (Zurite, Tamboray, Qoricocha, Tambomachay, Pachatusan, and Urcos), простирающихся на юго-востоке Перу в северо-западном-юго-восточном направлении региона Куско.

В таком знаковом городе, как Куско, подверженность риску для организации городского ландшафта повышает также неустойчивый рост населения (со всеми сопутствующими проблемами), что усугубляет ущерб в случае землетрясения. Неполное знание четвертичных геологических условий региона Куско, а также низкая повторяемость разрушительных землетрясений на разломах земной коры в целом приводят к постепенной утрате “культуры риска”, достигнутой некогда инками и их мегалитической архитектурой.

Чтобы лучше понять природу активных нормальных разломов в регионе, ИНГЕММЕТ запустил проект Куско-ПАТА (палеосейсмология, археосейсмология и активная тектоника – слово “пата” на языке кечуа также означает “уступ”). В проекте принимают участие учёные из Перу, Испании, Франции и Великобритании. В проекте принимала участие и международная группа геологов под руководством доктора Мигеля Анхеля Родригеса-Паскуа (Miguel Angel Rodriguez-Pascua) из Геологической службы Испании (IGME) и профессора наук о Земле из Оксфорда Ричарда Уокера (Richard Walker).

Серия полевых кампаний началась в середине апреля 2017 г. с работ на археологических объектах в Куско и его окрестностях. Также начались разкопки палеосейсмологических траншей на разломе Пачатусан.

Были обследованы архитектурные сооружения древних с применением археосейсмологического подхода. Полученные в ходе этого действа данные продемонстрировали, что строения, получившие деформации, могут быть изпользованы в качестве ценных маркеров для пополнения каталога палеосейсмологических изследований.

Более того, масштабные последствия разрушительных событий, обрушившихся на Куско в 1650 и 1950 годах, могут свидетельствовать о подобном воздействии землетрясений ещё в доиспанские времена. Поэтому регистрация и картирование прошлых сейсмических воздействий в цитаделях инков, таких как Мачу-Пикчу и Чокекирао (Choquequirao иногда называемом вторым Мачу-Пикчу), а также внезапных изменений в конструктивных методах монументального наследия, является интересным инструментом для предоставления дополнительных сведений (повторяемость, социальные последствия), нужных для правильной оценки сейсмического риска и выявления “доисторических” событий.

Полученные археосейсмологами данные дополняют собой другие свидетельства деформации, полученные палеосейсмологами в результате рытья траншей и проксимального отбора керна из озера. Общая цель проекта Куско-ПАТА - разширение знания и временных рамок локальной активности разломов земной коры, а также акцентирование важности сейсмического риска в этом районе. Предварительные результаты, полученные в ходе двух полевых кампаний в 2019 году, подтверждают значимость инкских строений как хороших “сейсмоскопов".

Первое землетрясение Мачу-Пикчу пережило в 1450 году

Землетрясение сдвинуло тяжёлые блоки каменной кладки Мачу-Пикчу

Изследование, опубликованное в Journal of Seismology, посвящено обзору трёх самых значительных храмов Мачу-Пикчу, в которых было выявлено более 140 примеров повреждений, нанесённых землетрясениями. К примерам деформационных воздействий подземных толчков относятся большие каменные блоки, которые сместились, или углы которых были сколоты. Если некоторые из этих повреждений можно отнести и к оседанию камней или почвы под храмами, то в других случаях движение многих повреждённых блоков, включая значительные щели между некоторыми каменными блоками, ранее установленными плотно друг к другу, вероятно, было вызвано сейсмическими сотрясениями, по крайней мере, от двух сильных землетрясений. Изследование показало, что повреждения (например, сколы), видимые на углах блоков, встроенных в каменные стены, возникают только тогда, когда они ритмично стучат друг о друга во время землетрясения.

Процесс образования сломанных углов. А - Храм Трёх окон (красным квадратом показано место отломаного угла). В - Угловой пролом, вид крупным планом. С - Интерпретационный эскиз сейсмического образования сколов на углах. Изображение Родригеса-Паскуа и др., 2019.

Применение геологического структурного анализа к деформациям, наблюдаемым в Мачу-Пикчу, выявило два направления среднего движения грунта: N020 ° E и N110 ° E. Эти направления сформировали два землетрясения, которые затронули Мачу-Пикчу во время его строительства. Такие данные следует изпользовать в будущем для защиты этого важного археологического памятника.

Изследователи полагают, что сейсмические события, потрясшие Мачу-Пикчу, вероятно, произошли между 1438 и 1491 годами нашей эры, в период, когда основные части города были уже застроены, но задолго до прибытия в этот район европейцев. Отсутствие письменных записей или устных традиций затрудняет сокращение этого временного окна. Независимо от того, когда произошли эти землетрясения, инкские инженеры и строители после них перешли к более дешевой и простой схеме, заключающейся в простой укладке более мелких блоков камня, а не вырезании их так, чтобы они плотно прилегали друг к другу.

В результате "смены курса" мы можем видеть столь резкие контрасты:

Изображение, показывающее четкое разделение первой конструктивной фазы ("кирпичные" блоки) от второй фазы ("простой" камень). Фото: Мигель Анхель Родригес-Паскуа

«Само место рассказывает нам о своей сейсмической истории», - объясняет Мигель Паскуа. «Вся информация содержится внутри здания, мы её извлекаем и интерпретируем. Благодаря этой методике удалось выявить последствия двух землетрясений, произошедших во время строительства города», - добавляет он.

Геолог указывает, что сейсмические деформации «наблюдаются только на первом этапе строительства, состоящем из блоков камня, а на втором этапе они больше не проявляются и качество строительства ухудшается. Это важная информация, которая будет способствовать историческому пониманию города и его последующей защите».

Есть надежда, что подобные изследования, в которых изпользуются данные об археологических последствиях землетрясений (EAE), могут быть применены в будущем для понимания и защиты важных археологических памятников.

Немногим ранее изследование Университета Риу-Гранди-ду-Сул (Бразилия) уже показало, что инки специально построили цитадель в месте, где обнаружены тектонические разломы. Поскольку некоторые из этих разломов ориентированы на северо-восток-юго-запад, а другие - на северо-запад-юго-восток, вместе они образуют крест, в котором они пересекаются под Мачу-Пикчу.

Такое неравнодушие к местам разлома не случайно. Но об этом в другой раз.

Согласно ещё одному изследованию, землетрясение, побудившее инков изменить архитектуру, случилось около 1450 года. Выяснилось, что землетрясение магнитудой не менее 6,5 произошло во время правления 9-го инки Пачакутека, когда он строил свою легендарную летнюю резиденцию на вершине седловины между двумя скалистыми горными вершинами.

"Что мы можем видеть, так это то, что во времена Пачакутека (до землетрясения) уже велось строительство, имеющее один тип архитектуры", - сказал координатор проекта Карлос Бенавенте (Carlos Benavente). "Затем, как мы полагаем, в середине строительства Мачу-Пикчу произошло сильное землетрясение".

Повреждения от землетрясения видны в храме Солнца, возле Интиуатаны и во всех церемониальных центрах Мачу-Пикчу.

Смещённые блоки кладки в стене из сектора Трех дверей. Белая пунктирная линия отделяет первую конструктивную фазу (смещенные блоки кладки) от второй фазы (простой камень). Фаза простого камня кажется недеформированной. Она запечатывает запись деформации первой фазы, как это можно наблюдать в классической стратиграфии.

"Мы видим [образовавшиеся] проёмы между скалами и камнями, что не характерно для инков, поскольку они изпользовали безупречную, идеальную конструкцию. Края некоторых камней сломаны, что означает, что при волнистом движении земли они ударялись друг о друга, что и вызвало разрывы", - сказал Бенавенте. "После этого, чтобы завершить то, что стало Мачу-Пикчу они продолжили строительство в другой манере".

Мигель Анхель Родригес Паскуа изучает следы землетрясения 1450 года. Мачу-Пикчу

Бенавенте сказал, что "нет никаких сомнений" в том, что сильное землетрясение также вызвало деформацию стен Саксайуамана, Типона и Тамбомачая, а также, среди прочих районов, вдоль улицы Двенадцатиугольного камня в городе Куско.

След землетрясения в Саксайуамане

В результате инки отошли от изпользования мелких камней, собранных в более деревенскую ячеистую архитектуру, и продолжили развивать и совершенствовать сейсмостойкие трапециевидные структуры, с гигантскими каменными блоками в основании и с более узкими стенами наверху.

"Они знали, как сосуществовать с различными геологическими опасностями, такими как землетрясения, оползни и лавины", - сказал он. Поэтому комплексное изследование необходимо. Оно поможет современным планировщикам проанализировать сейсмическую опасность для региона Куско линий разломов Тамбомачай и Пачатусан.

Образец ячеистой архитектуры: археологический комплекс Пикиллакта

Образец сейсмостойкой архитектуры (трапециевидной формы): археологический парк Саксайуаман

"Впервые в истории методы палеосейсмологии, археосейсмологии и активной тектоники были объединены в изследовании такого рода", - сказал Бенавенте.

Изследование показывает, насколько сложным было понимание инками этих факторов риска, что позволило им создать огромные террасы на крутых и иногда почти вертикальных склонах гор для выращивания сельскохозяйственных культур и управления водными ресурсами.

https://www.youtube.com/watch?v=nuAufz-7zEI

Кстати, по словам Мигеля Паскуа, в средневековой Европе также прослеживается внимание архитекторов к проблеме сейсмоустойчивости сооружений и попытки решить её. Так, разположение великих испанских готических соборов на текущей карте сейсмической опасности (IGN) наглядно показывает приуроченность менее сейсмостойких соборов с большими витражами и стройными очертаниями к зонам с низкой сейсмической опасностью. Примером таких соборов можно считать собор Бургоса или Леона.

Catedral de Burgos o Leon

И наоборот. В зонах большой опасности находятся соборы с толстыми стенами, почти без эркеров (можно назвать их "бункеризованными"). Пример - Собор в Севилье:

Следы влияния средневекового сейсмического кризиса можно наблюдать также в проекте строительства "бункеризованного" собора Таррагоны.

На вопрос:

- Какие доказательства чаще всего изпользуются для определения наличия прошлых землетрясений на археологических объектах?

Мигель Родригес Паска отвечает, что возникающие на археологических объектах в результате землетрясений деформационные структуры, известные как археологические эффекты землетрясений (АЭЗ), могут быть идентичны тем, которые возникают в результате разрушения, заброшенности или бомбардировки зданий. Их отличает возможность определить механизм их возникновения, для чего мы используем методы геологического структурного анализа, позволяющие проанализировать деформации. Сейсмические волны приходят к населённому пункту уже ориентированными, поэтому они генерируют повреждения, которые также ориентированы. Если деформации направлены одинаково, мы сможем связать их с землетрясением, чего мы не сможем сделать с бомбардировкой, так как направление деформаций, которые мы получим, будет всех возможных ориентаций, а не только одной. Одними из наиболее разпространённых АЭЗ в случае землетрясения являются падения краеугольных (замковых) камней арок или ориентированное падение колонн.

(продолжение следует)

Статьи о древних сооружениях Нового света:

Солнышко и доинки. 4000 лет космогоническому мифу о Лисе (продолжение)

Поздравляю! Пирамиды майя - подделка прошлого столетия

Как инки умудрились сложить Саксайуаман тютелька в тютельку?

Инкская кладка "тютелька в тютельку"

Про прожорливых бактерий, растение, сок которого размягчает камень, и про совершенную кладку Инков

Инкская кладка на дурацкое золото :о) Саксайуаман, Храм солнца... Как?!

Комментарии о каменном строительстве от Инки

Про камнеежек новости

О руинах Тиауанако из глубин 19-го века

Вторая жизнь Тиауанако начиналась трудно

Колласуйю задолго до инков

Стена рухнула? Бывает и не такое (Саксайуаман)

Самое первое описание Тиуанако

Про Тиуанако в аспекте археоастрономии, агротехнологии и перемещения огромных камней

Мачу-Пикчу (физика и лирика)

О Мачу-Пикчу с инженерным уклоном

(остальные ссылки - под следующей статьёй)